2019年-培训微机保护基础ppt课件-PPT精选文档

电力系统微机继电保护毕天姝教授电气与电子工程学院华北电力大学中国大唐集团公司第1期继电保护高级专业技术人才培训班2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝2绪论2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝3发电用电输电变电配电通信系统电厂监控站端监控数据采集和传输电网调度50.0Hz49.850.2发电用电站端监控电力系统继电保护的作用2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝40-1电力系统继电保护的作用继电保护在电力系统中的角色？电力系统是由发电机、变压器、输电线路、配电线路、负荷等一次设备和继电保护、安全自动控制装置、测量仪表、通信系统等二次设备共同组成的一个实时动态平衡系统；其中一次设备是电力系统的躯干，电能的生产、传输和消费是靠一次系统来完成的；二次设备是电力系统的大脑和中枢神经系统，没有二次设备电力系统无法工作。2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝5正常状态：能量管理系统目标：安全性与经济性K1故障发生：继电保护系统目标：快速、准确、可靠切除故障故障切除后：稳控系统目标：维护系统稳定性2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝60-1电力系统继电保护的作用电力系统运行状态三种状态：正常运行，指电压、电流、频率（转速）在规定的范围内，各个一次电气设备能够正常工作而不损坏的运行状态不正常运行，指电力系统中电气设备的正常工作遭到破坏但未出现故障的状态，比如像过负荷。故障，通常指各种类型的短路和断线，包括各相导体之间或者导体对地的不正常连接、三相或者某相开断。2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝70-1电力系统继电保护的作用故障的排除故障是不可避免的，发生故障后，迅速而有选择性地切除故障设备是保证故障设备不损坏、非故障设备继续安全运行的前提和保障。继电保护继电保护装置，检测故障发生后所出现的故障信息，根据故障信息判断故障发生在那个设备上，进而快速、有选择地切除故障设备的一种安全自动装置。继电保护，泛指继电保护理论、技术与装置以及各种装置一起所组成的系统。继电保护的基本任务自动、迅速、有选择地将故障设备切除反映不正常状态，发出报警信号、减负荷或者跳闸2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝80－2继电保护的基本原理和系统构成电流保护短路故障发生后，设备中流过的电流会增大，保护安装点（一般在变电站母线处）所测量的电流会增大，根据电流增大构成的继电保护称为电流保护，电流保护是一种过量保护，越靠近母线，短路电流越大。电流保护说明见图0－12019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝90－2继电保护的基本原理和系统构成图0－1电流保护说明图2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝100－2继电保护的基本原理和系统构成距离保护输电线路发生短路故障后，电流会增大，电压会降低，根据测量到的电压和电流可以计算出故障点到测量点之间的线路阻抗，这个阻抗值比线路正常运行时小，据此，可以构成阻抗继电器。因为线路阻抗和线路距离成正比，所以阻抗保护又称为距离保护。图0－2示出了距离保护说明图。2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝110－2继电保护的基本原理和系统构成图0－2距离保护说明图2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝120－2继电保护的基本原理和系统构成差动保护正常运行的设备，流进电流和流出电流相等，如果都以流进电流为参考方向，则电流之和为零；该设备发生短路故障后，流进电流和流出电流不再相等，其和为短路电流。据此，可以构成电流差动保护。图0－3示出了电流差动保护说明图2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝130－2继电保护的基本原理和系统构成MNLiminif1if2F1F2正常运行或外部故障时im+in=0内部故障时im+in=if图0－3电流差动保护说明图2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝140－2继电保护的基本原理和系统构成继电保护系统构成继电保护的根本任务是检测并发现故障，然后通过断路器切除故障设备。因此，一个完整的继电保护系统至少应该包括：传感器：包括电压互感器、电流互感器、其它传感器（比如瓦斯气体传感器）等继电保护装置：有通道的继电保护甚至需要在两端（比如线路保护）安装，还需要专用的继电保护通道断路器：用于切除故障设备，达到保护目的。一个典型的继电保护系统图如图0－4所示2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝150－2继电保护的基本原理和系统构成1－继电保护装置2－通信设备图0－4继电保护系统2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝160－3微机保护微机保护概念微机保护是指以微型机、微处理器为核心构成的继电保护。以数字量为处理对象，为微型机、微处理器为核心的数字保护装置2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝170－3微机保护世界微机保护的发展历史20世纪60年代末期，开始倡议用计算机构成继电保护。20世纪70年代，掀起了研究热潮。20世纪70年代末期，开始进入实用化阶段。1979年后，推出各种定型的商业性微机保护产品，并迅速推广。2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝180－3微机保护我国微机保护的发展70年代后半期开始，对国外计算机继电保护的发展作了广泛的介绍和综述分析。70年代末至80年代初则广泛地开展各种算法以至样机的研制。1984年，华北电力学院杨奇逊教授主持研制的第一套微机距离保护样机在河北马头电厂投入试运行。1986年，全国第一台微机高压线路保护装置投入试运行。1987年9月26日，微机距离保护经受人工短路考验。2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝190－5微机保护我国微机保护的发展（续）目前，高中压等级继电保护设备几乎均为微机保护产品。在微机保护和网络通信等技术结合后，变电站自动化、配电网自动化系统也已在全国系统中广泛应用。未来几年内，微机保护发展趋势：从应用上，向高可靠性、简便性、开放性、通用性、灵活性和动作过程透明化方向发展。从原理上，向智能化、模块化、网络化和综合化方向发展。2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝200－5微机保护特点维护调试方便可靠性高易于获得附加功能灵活性大保护性能得到很好改善2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝21第一章微机保护的硬件原理2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝221-1概述2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝231-1概述（续）模拟量输入系统（数据采集系统）：电压形成、模拟滤波、采样保持(S/H)、多路转换(MPX)以及模数转换(A/D)，完成将模拟输入量准确地转换为所需的数字量CPU主系统：微处理器(MPU)、只读存储器(ROM)或闪存内存单元(FLASH)、随机存取存储器(RAM)、定时器、并行以及串行接口等。MPU执行编制好的程序，以完成各种继电保护测量、逻辑和控制功能开关量（数字量）输入/输出系统：并行接口(PIA或PIO)、光电隔离器件及有触点的中间继电器等组成，完成保护的出口跳闸、信号、外部接点输入及人机对话等功能2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝241-2数据采集系统（模拟量输入系统）一、电压形成回路1.模拟量选取原则：以满足保护功能为基本准则2.作用与方案比较作用方案比较电抗变换器缺点：二次电压波形将发生畸变优点：线性范围大、铁芯不易饱和、有移相作用、抑制直流电流变换器优点：线性范围内，波形相同且同相缺点：在非周期分量下容易饱和、线性度较差、动态范围小2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝251-2数据采集系统（模拟量输入系统）一、电压形成回路2.作用与方案比较3.电流互感器应用注意事项变比的选择u2=RLHi2=RLHi1/nLHRLHi1max/nLHUmax屏蔽层的作用2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝261-2数据采集系统（模拟量输入系统）电压形成前置低通滤波采样保持多路转换器A/D转换数据更新排队信号输入数据采集系统二、采样保持电路和模拟低通滤波器（一）S/H电路的作用及原理1.S/H电路的作用2.S/H电路的工作原理2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝271-2数据采集系统（模拟量输入系统）（二）对采样保持电路的要求使Ch上电压按一定精度（例如误差小于0.1%）跟踪上usr所需要的最小采样宽度Tc（或称为截获时间），对快速变化的信号采样时，要求Tc尽量短保持时间要长。通常用下降率来表示保持能力。模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断时的漏电流要小。分析讨论Ch的选值csTTu2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝281-2数据采集系统（模拟量输入系统）Ch=0.01F（三）采样保持电路的典型芯片2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝291-2数据采集系统（模拟量输入系统）（四）采样频率的选择和模拟低通滤波器的应用1.采样频率的选择1)采样频率越高，要求CPU的速度越高2)采样频率过低将不能真实地反映被采样信号的情况（采样定理）采用低通滤波器，可以消除频率混叠问题，从而降低采样频率消除频率混叠问题后，采样频率的选择基本取决于保护的原理和算法。2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝301-2数据采集系统（模拟量输入系统）（四）采样频率的选择和模拟低通滤波器的应用2.低通滤波器R=4.3k,C=0.1F2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝311-2数据采集系统（模拟量输入系统）电压形成前置低通滤波采样保持多路转换器A/D转换数据更新排队信号输入数据采集系统三、模拟量多路转换开关（一）模拟量多路转换开关的作用（二）MPX的工作过程2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝321-2数据采集系统（模拟量输入系统）四、模数转换器（一）模数转换的一般原理和分类1.一般原理：将输入的模拟量UA相对于模拟参考量UR转换成数字量D输出：RAUUDnnBBBD2222211即：假定数字量D是小于1的数，则：nnRABBBUU22222112.分类：积分型、逐次逼近比较型、并行和流水线型等2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝33四、模数转换器（二）逐次逼近法模数转换器的基本原理并行口PA0PB15PB016位D/A模拟量输入usr-+比较器usc数字量微型机100010110001011101111000001010011100101110111(大于)(小于)2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝34四、模数转换器（二）逐次逼近法模数转换器的基本原理溢出问题0u(t)t原始波形2+Max-Max10u(t)t原始波形+Max-Max（a）（b）2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝35四、模数转换器（二）逐次逼近法模数转换器的基本原理双极性模拟信号的模数转换-+比较器RRR由D/A来模拟usr偏置电压U偏05V10VUsr+U偏t2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝36四、模数转换器（三）A/D转换器举例AD7665是逐次逼近型的16位快速模数转换器，速度为500kSPS电源DVDD、DGNGOVDD、OGNDAVDD、AGNDREF、REFGND模拟量输入usr10V,5V,2.5V0-10V,0-5V,0-2.5V2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝37四、模数转换器（三）A/D转换器举例方式选择OB/2(outputbinary/2’scomplement)WARP,IMPULSESER/(Serial/Parallel)BYTESWAPCRAP2019/10/15电力系统微机继电保护，毕天姝38四、模数转换器控制信号RESET(Read),(ChipSelect)(StartConversion)